部分熔融与高级变质岩流变机制——以内蒙古大青山高级变质岩为例

部分熔融作用与高级变质岩变形作用是相互制约,变形作用能够提高岩石部分熔融程度,降低熔融温度。熔体存在影响和制约岩石强度和变形机制。大青山高级岩经历了下部地壳构造层次变质变形和深熔作用改造,形成了复杂构造要素组合。宏观与微观构造特点表明:高级变质岩变形机制主要为熔体增强颗粒边界扩散和颗粒流动,使岩石发生大规模的塑性流动。在宏观上形成了不对称流动组构、熔融线理、岩石和矿物条带、层内底辟褶皱和大型穹窿构造。但是,在微观上矿物颗粒变形不明显,晶内变形组构不发育,表现为三边平衡结构,与静态结晶变质岩结构相似,形成了地壳深部构造层次上变质构造岩-构造片麻岩。     

论矿物改造机制研究

矿物改造机制是容易被岩矿研究人员忽视的“成因矿物学”新领域之一,主要涉及矿物诞生之后的变化过程.变形矿物及岩石显微构造定性研究已经发展成熟,但造岩矿物显微构造变形与流体运动学和动力学关系的定量研究仍是地学前缘问题.从解析构造学原理出发,将国内外定量研究问题概括出三方面:(1)变形-变质期次与同变形变质温压计;(2)利用同位素年代学分析某期次变形年龄;(3)某期次矿物蠕变机制、差异应力估算及岩石流动定律.并从理论和应用两方面评述了一些实例,认为建立“成因矿物学”实验室,对于系统研究矿物学问题具有重要意义.     

区域变质作用中的流体

区域变质条件下流体的流动有 4种标志 :( 1)细脉 ;( 2 )岩石学 ;( 3 )稳定同位素 ;( 4 )常量元素的交代作用。不同级别的区域变质作用中 ,流体影响着岩石的变质反应和变形 ;在高级变质的情况下甚至有熔体出现。在超高压变质条件下 ,流体量比地壳范围区域变质要少得多 ,从大别山超高压变质带的资料可知 ,流体的演化有明显的阶段性 ,局部曾发现熔融包裹体。水流体的介入 ,引起岩石的退变质和元素地球化学变异 ,是超高压变质岩抬升、进入中下地壳的产物。新近的实验岩石学成果说明 ,多硅白云母、角闪石等含羟基的矿物 ,在俯冲达 10 0km以下依然稳定 ,而一些花岗岩体系在超高压的条件下产生的超临界流体 ,乃是花岗岩、片麻岩只能部分保留超高压矿物组合的原因。     

地壳中流体对变质作用的影响

地壳中流体在变质作用过程中具有重要的地位。流体不仅是一种质量运输的介质,更是反应的催化剂或反应物。在一定程度上,变质反应中矿物组合的更替难易度和反应进程主要取决于流体的参与,特别是退变质过程中,流体通过溶解-迁移-沉淀机制使得变质矿物共生组合发生改造。流体与岩石相互作用的研究也进一步的表明反应本身促进了裂隙的发生,即反应促进了岩石渗透率,增加了流体与岩石的接触面积,使得流体与岩石反应界面的反应更加快速与完全。同时,对岩石的力学性质也有重要的影响,诸如岩石的流变学性质及其应变性质,对地壳变形、断裂、岩浆作用、变质作用及成矿作用等有重要的意义。     

变质流体研究新进展

变质流体是变质过程的主要动力学因素之一。目前变质流体研究主要集中在下部地壳麻粒岩相变质流体，俯冲带高压－超高压变质流体和接触变质流体等方面。研究的主要问题是流体流动机制和元素迁移，流体－岩石相互作用和流体来源。下部地壳麻粒岩相变质流体以ＣＯ２为主，具有较低的ａＨ２Ｏ。δ１３Ｃ研究表明大约２／３ＣＯ２是深成的。富ＣＯ２流体流动是紫苏花岗岩形成和热扰动的原因之一，也是麻粒岩形成和大离子亲石元素亏损的主要因素。俯冲带是高压、超高压变质作用发生和流体活动最活跃的场所。流体富含Ｈ２Ｏ、ＣＨ４和ＣＯ２，可以诱导部分熔融反应和岛弧岩浆作用。高压变质条件下的矿物稳定性也与流体有关。同位素研究表明，在超高压变质期间没有化学上完全相同的流体大规模循环。流体－熔体系统模式能更有效地解释下插板片的元素再循环。接触变质流体研究主要集中在含有易于发生流体－岩石反应的不纯碳酸盐岩地区。硅灰石带中流体／岩石比率高达４０∶１，表明接触变质岩石中有大量流体存在。接触变质过程流体成分有较大差异，主要取决于流体来源、原岩性质和侵入体特征。流体流动和循环模式受控于构造变形，岩浆作用和变质过程的动力学条件及流体成分。     

确定变质作用P-T-t轨迹的岩石学方法

前言变质岩中平衡状态的概念变质岩石中存在有反映温度、压力和应变复杂历史的许多证据,如岩石中的反应结构、变形组构、矿物包体以及矿物中化学分带特征都证实了变质岩所经受的环境变化。岩石学家对此作出的最大努力之一,就是应用岩石中所含的各种信息来解释其复杂历史,然后再把它们与地壳中发生的受热过程和构造事件联系起来。     

阿尔泰山南缘两个构造变形域的岩石变形特征和形成机理

阿尔泰山南缘地区东部与西部地壳岩石构造变形特征与变质岩岩石组合显示该区地壳岩石变形可划分出两个不同的构造变形域,不同构造变形域内的构造形迹、构造样式、变质岩组成等方面存在明显差异.整个南缘地区的岩石变形变质呈现出东西分区、南北分带的总体格架,而形成这-构造格架的原因是两个不同构造变形域具有不同的变质基底及不同的岩石变形方式与变形机制.     

地壳深熔条件下的转熔矿物研究进展

地壳深熔作用有两种形式,即流体相缺乏的脱水熔融和流体相存在的加水熔融。由于地壳岩石中水含量的差异(岩石中含水矿物的丰度和外来水的加入量),岩石发生不同形式的部分熔融所需要的温度和压力条件有很大差异。转熔矿物是岩石发生不一致熔融的产物,在形成过程中携带了地壳深熔源区物质和熔体的大量信息,是追溯高温变质岩石经历深熔作用的最可靠依据。它们与高级变质岩中残留的变质矿物和岩浆或熔体中结晶的岩浆矿物具有明显不同的来源,分别代表了岩石曾经历的不同演化历史。通过对不同成因的矿物进行矿物结构、包裹体、主量元素、微量元素和同位素以及共生矿物组合等多方面的综合考察,可以有效识别出高级变质岩中的转熔矿物、变质残余矿物和岩浆矿物。准确识别高温-超高温变质岩以及花岗岩中不同成因的矿物相,是研究高温变质作用的前提条件,对研究混合岩和S型花岗岩的成因都起着非常重要的作用。     

变质岩分类和命名

变质岩是地壳先存岩石在温度、压力的变化及流体作用下发生变质作用的产物。由于变质岩具有复杂的矿物组合、结构和构造特征,以及人们对其分类和命名考虑角度总是有所不同,所以,至今还没有被大家共同遵循的变质岩分类和命名方案。但必竟这个问题讨论由来已久,许多方面已经取得比较一致的认识。从目前情况来看,多习惯先按变质作用类型和成因,将变质岩分为区域变质岩、接触变质岩、断层岩(动力变质岩)、混合岩、气液变质岩等类型,然后再按等化学系列     

鄂北高压榴辉岩相变质带的变质、变形和流体演化

大别高压超高压变质带从南到北可分成四个带,它们是绿帘蓝片岩带、高压榴辉岩带(南带)、超高压榴辉岩带和高压榴辉岩带(北带).高压榴辉岩相变质带以蓝闪石榴辉岩为代表,并出现多硅白云母、绿帘石、石英、金红石和锆石等变质矿物. 石榴石中含有前榴辉岩相变质形成的矿物包体,并具典型的进变质成分环带.高压榴辉岩中保存了其进、退变质作用全过程中的岩石学和构造信息,即在挤压体制下,表壳岩石经绿帘角闪岩相到榴辉岩相进变质作用和强烈韧性变形;在继续挤压逆冲机制下高压变质岩的大幅度折返,从壳幔边界上升到地壳中、浅层次,并发生绿帘角闪相退变质作用和多期韧性变形;在伸展体制下经滑脱、断块升降、差异抬升高压变质岩块体暴露到地表,并发生绿片岩相退变质作用和韧-脆性变形.高压变质作用过程中存在广泛的流体-岩石相互作用, 气液包裹体和高压含水矿物的稳定产出,是最有力的证据.流体的成分、含量、迁移形式控制着变质反应,是影响高压变质岩形成与保存的热力学和动力学条件.     

Review and classification of structural controls on fluid flow during regional metamorphism

Mechanisms for kilometre-scale, open-system fluid flow during regional metamorphism remain problematic. Debate also continues over the degree of fluid flow channellization during regional metamorphism, and the mechanisms for pervasive fluid flow at depth. The requirements for pervasive long-distance fluid flow are an interconnected porosity and a large regional gradient in fluid pressure and hydraulic head (thermally or structurally controlled) that dominates over local perturbations in hydraulic head due to deformation. In contrast, dynamic or transient porosity interconnection and fluid flow accompanying deformation of heterogeneous rock suites should result in moderately to strongly channellized flow at a range of scales, of which there are many examples in the literature. Classification of fluid flow types based on scale and degree of equilibration between fluid and rock, wallrock permeability, and mode of fluid transport contributes to an understanding of key factors that control fluid flow. Closed-system fluid behaviour, with restricted fluid flow in microcracks or cracks and limited fluid–rock interaction, occurs over a range of strains and crustal depths, but requires low permeabilities and/or small fluid fluxes. Long-distance, open-system fluid flow in channels is favoured in heterogeneous rocks at high strains, moderate (but variable) permeabilities, and moderate to high fluid fluxes. Long-distance, broad, pervasive fluid flow during regional metamorphism requires that the rocks are not accumulating high strains and have high permeabilities, low permeability contrasts, and high fluid fluxes. The ideal situation for such fluid flow is in situations where the rocks are undergoing stress relaxation immediately after a major deformation phase. In the mid-crust, fairly specific conditions are thus required for pervasive fluid flow. During active orogenesis, structurally controlled fluid flow (with focused open systems surrounding regions of closed-system behaviour) predominates in most, but not all, regional metamorphic situations, at a range of scales.     

热流体活动示踪标志及其地质意义——以莺歌海盆地为例

沉积盆地内热流体活动过程实际上是热流体聚集与散失的动平衡过程．热流体活动必然导致温度和压力以及化学条件的改变,尽管如此,沉积盆地内热流体活动的示踪难度较大．通过对莺歌海盆地典型实例的剖析,认为较为有效的方法就是通过热流体活动中的温度效应进行示踪研究．其中较为有效的参数有伊－蒙矿物的转换、镜质体反射率和有机物热解指标以及流体包裹体等．这些参数的不同形式的异常均指示了来自深部的热流体的活动．     

Application of Stochastic Fracture Network with Numerical Fluid Flow Simulations to Groundwater Flow Modeling in Fractured Rocks

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｏｒｆｌｕｉｄｆｌｏｗｍｏｄｅｌｉｎｇｉｎｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｏｃｋｓｉｓａｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄａｐｐｌｉｅｄｔｏｐｉｃ.Ｂｏｔｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｌｙ ,ｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓｓｕｃｈａｓｇｅｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ,ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｐｅｔｒｏｌｅｕｍｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ…     

Determining the direction of contact metamorphic fluid flow: an assessment of mineralogical and stable isotope criteria

ABSTRACT One-dimensional fluid advection-dispersion models predict differences in the patterns of mineralogical and oxygen isotope resetting during up- and down-temperature metamorphic fluid flow that may, in theory, be used to determine the fluid flow direction with respect to the palaeotemperature gradient. Under equilibrium conditions, down-temperature fluid flow is predicted to produce sharp reaction fronts that separate rocks with isobarically divariant mineral assemblages. In contrast, up-temperature fluid flow may produce extensive zones of isobarically univariant mineral assemblages without sharp reaction fronts. However, during contact metamorphism, mineral reaction rates are probably relatively slow compared with fluid velocities and distended reaction fronts may also form during down-temperature fluid flow. In addition, uncertainties in the timing of fluid flow with respect to the thermal peak of metamorphism and the increase in the variance of mineral assemblages due to solid solutions introduce uncertainties in determining fluid flow directions. Equilibrium down-temperature flow of magmatic fluids in contact aureoles is also predicted to produce sharp δ¹⁸O fronts, whereas up-temperature flow of fluids derived by metamorphic devolatilization may produce gradational δ¹⁸O vs. distance profiles. However, if fluids are channelled, significant kinematic dispersion occurs, or isotopic equilibrium is not maintained, the patterns of isotopic resetting may be difficult to interpret. The one-dimensional models provide a framework in which to study fluid-rock interaction; however, when some of the complexities inherent in fluid flow systems are taken into account, they may not uniquely distinguish between up- and down-temperature fluid flow. It is probably not possible to determine the fluid flow direction using any single criterion and a range of data is required.     

南海南部陆缘地质流体类型及其油气成藏意义

南海南部陆缘蕴藏着非常丰富的油气资源。为了解南海南部陆缘流体活动系统以及与油气藏之间的关系,以高精度2D地震资料为基础,对南海南部陆缘流体活动系统的类型、地震反射特征、以及对油气成藏的意义开展了研究。在南海南部陆缘发现了多种流体活动系统,包括:泥底辟/泥火山、气烟囱、管状通道、与构造断层相关的流体活动系统。这些流体活动系统具有不同的地震反射特征,常常出现含气强振幅异常带、弱振幅杂乱反射带以及"下拉"或者"上拱"地震反射形态等流体活动系统的标志特征。流体活动系统受到构造运动和沉积因素的影响,并且与深部高温高压塑性流体密切相关,流体活动系统优先发育在地层薄弱部位。流体活动系统及所伴生的断裂和裂隙常常作为油气富集区的运输通道;并且流体活动系统所运移的强溶蚀性流体和深部热液流体有利于油气储层的形成,特别是对于碳酸盐岩储层的改造尤为明显。因此,流体活动系统不仅能作为油气运移通道,也可以改善储层,对油气成藏具有重要意义。     

流体包裹体研究对成矿流体动力学模式的制约

热液矿床的形成既包括地球化学过程也包括流体动力学过程,后者主要研究成矿流体的驱动力、流动方向、速度及持续时间。流体及金属的来源,金属在热液中的溶解度及溶解机制,以及矿石的沉淀机制等可以通过多种地球化学手段来研究,而流体动力学过程的确定相对比较困难。流体包裹体分析不仅可以为成矿地球化学过程,而且可为流体动力学过程提供制约,因为流体包裹体研究所得到的流体P-V-T-X性质与流体流动、热传导及质量迁移等控制方程直接相关。本文阐述流体包裹体与流体动力学研究的理论关系,流体包裹体研究对已有成矿流体动力学模式的贡献,以及未来的研究方向。从流体包裹体研究得出的流体压力状态为岩浆热液及造山型成矿系统的超压驱动模式提供了关键的证据。流体包裹体均一温度及其分布为沉积盆地成矿流体动力学模式提供了重要的制约。流体包裹体研究在揭示流体混合及流体相分离等重要成矿过程方面提到了至关重要的作用,但它们在研究流体混合及多相流体流动的物理过程方面的潜力有待进一步开发。精心设计的流体包裹体研究有可能应用于古流体流动数值模型的调试。     

The effect of thermal history on the development of mineral assemblages during infiltration-driven contact metamorphism

 A one-dimensional model for coupled heat flow, fluid flow, and mineral reaction predicts the identity and spatial and temporal distributions of mineral assemblages produced during contact metamorphism of siliceous dolomite. Results are compared to mineral distributions predicted by transport models for fluid flow along steady-state temperature profiles and to mineral distributions observed in contact aureoles to assess whether a detailed analysis of heat flow is required to extract meaningful information of fluid flow history from field data. Results identify several mineral assemblages whose interpretation in terms of fluid flow is dependent on an understanding of their thermal history. Certain key mineral assemblages, however, are sensitive records of the geometry and amount of fluid flow but are insensitive to thermal history. The presence or absence of these mineral assemblages constrains the history of fluid flow during contact metamorphism of siliceous dolomite regardless of the details of heat flow. Occurrences of the key assemblages record both magmatic fluid flow in the direction of decreasing temperature (Alta, Elkhorn aureoles) and metamorphic fluid flow in the direction of increasing temperature (Beinn an Dubhaich, Kasuga-mura aureoles) during contact metamorphism. Time-integrated input fluid flux averages on the order of 100 mol/cm² with a range of ±1 order of magnitude. Received: 13 October 1995 / Accepted: 20 March 1996     

流体输运,化学反应与交代作用

在成矿及变质作用过程中， 体运移促使热量发生传输及周围岩石发生化学反应和交代作用。流体输过一化学反应耦合动力学方程能定量评价热液系统组分浓度、温度和流量函数的人演化，对于区域变质和交代韧性断裂带等变质系统，还可通过流体运称方向和时间积分流体能量来定量描述流体输运一化学反应耦合客观变持地体中水力破裂的形成与流体运移和失挥发分反应耦合过程有关。     

砂岩对热流体作用的响应及识别标记--以珠江口盆地西部为例

沉积盆地中流体的作用越来越受到人们的关注,在整个地球范围内研究流体与岩石、流体与流体的相互作用是地学界当前乃至今后重要的课题。砂岩因其发育孔隙为流体的流动和流体与岩石的相互作用提供了场所。地表以下较深处形成的热流体运移到较浅部时,与“冷”砂岩之间存在着温度、成分等多方面的差异,两者之间必然发生化学反应。通过研究砂岩的物质成分,砂岩的格架颗粒的蚀变现象,新生胶结物矿物的形成,储层砂岩孔隙度在垂向上的变化,碳酸盐矿物、石英次生加大边和石英裂隙中的包裹体温度以及镜质体反射率的变化情况追踪砂岩对热流体作用的响应标记,同时探讨了砂岩与热流体作用的机理,为进一步研究油气运移与砂岩储层的质量及储层预测有理论意义和实践意义。     

Numerical modeling of hydrothermal fluid flow coupled with mass transport: An example from the Devonian Wabamun Group, northeast British Columbia, Canada

Several researchers have suggested that upward and lateral hydrothermal fluid flow was responsible for dolomitization of various Devonian and Mississippian reservoirs in the Western Canada Sedimentary Basin (WCSB) based on sedimentological, geochemical and diagenetic evidence. In this study, a numerical model was applied to investigate hydrothermal fluid flow in the Wabamun Group, Parkland field, northeastern British Columbia, Canada. Our numerical results indicate that faults play the most critical role in controlling hydrothermal fluid flow. They provide a pathway connecting the basement of the basin and overlying sedimentary layers. Upwelling fluid flow via faults may bring reactants and heat from underlying strata to shallow formations for diagenetic reactions (e.g. dolomitization and/or chertification) or forming ore deposits. Salinity distribution of formation water, permeability configuration of host rock and regional fluid flow are also important factors affecting hot and brine fluid flow and accompanying heat and mass distribution.